基于STM32F103控制的

蒋鹏 张春艳 朱芙菁

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714059

摘要：本项目采用了高性能单片机STM32作为控制单元，多个超声波测距模块构成的测量单元，可以对多个方向进行测量，并且测量单元和控制单元通过无线通信进行信息交换，摆脱了线路的束缚。

关键词：STM32；超声波测距；无线通信

超声波测距主要应用于倒车提醒、行动机器人、工业现场等的距离测量。常见的超声波测距仪将测距模块、控制单元及报警电路设计成一个整体，仅具有测量和报警功能，如倒车雷达，或者将测距模块通过线路与控制、显示、报警模块相连，如带显示功能的倒车雷达。随着技术的发展，普通的超声波测距仪已经跟不上时代的进步了，如以上两种超声波测距雷达都有很大的局限性。基于此，我们计划设计基于STM32F103控制的——多路无线通信超声波测距仪。

1 项目硬件构成

该项目的硬件部分由单片机控制模块、显示模块、无线通信模块、波测距模块四大部分组成，系统框图如图1所示。

控制模块选用的是STM32系列的STM32F103型单片机，它具有高性能、低成本、低功耗等特点，并且时钟频率达到了72MHz，具有较快的运行速度。显示模块采用了4.3寸的TFTLCD显示器，其色彩丰富，亮度高，支持中英文显示并且可自定义字体及大小。无线通信模块则选择了NRF24L01，NRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片，采用FSK 调制，集成NORDIC自家的Enhanced Short Burst協议。可以实现点对点或是1对6的无线通信，无线通信速度最高可达到2Mbps，NRF24L01采用SPI通信。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置，几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。测距模块采用的是HYSRF05超声波模块，HYSRF05超声波模块可提供2cm～450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm，模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。

本项目中由单片机控制模块、TFTLCD显示模块、无线通信模块构成了显示单元，这个部分是整个系统的核心所在，STM32F103对从NRF24L01接收到的距离数据进行处理，并实时显示在TFTLCD显示屏上。测量单元由单片机控制模块、信息采集模块、无线通信模块构成。本项目中可以具有多个测量单元，测量单元实时将超声波模块测量到的距离数据通过无线通信模块传递给显示单元，经过数据处理后将不同通道的数据分别显示在屏幕上。

2 超声波模块接口设计及工作原理

超声波模块的回响信号输出端Echo与PC14相连；触发控制、信号输入端Echo与PC15相连。

HYSRF05超声波测距模块基本工作原理：当单片机至少给Trig10us以上的高电平时触发模块开始测距，模块自动发送8个40KHz的方波，并自动洁厕是否有信号返回，当有信号返回时，通过Echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。超声波模块的工作时序如图2所示。

3 软件设计

测量单元程序流程图如图3a所示，测量单元主要功能就是每隔一段时间利用超声波测距模块进行测距，并通过NRF24L01将测量结果返回给显示单元。本段程序的关键在于得到测量结果，通过图4的回响信号可以看出高电平持续的时间就是声波一个往返所用时间，因此在模块自动发送8个40KHz的方波后检测到回响信号产生高电平时启动定时器，当回响信号出现下降沿时停止计时，读取定时器的计数值得到声波的往返时间，通过公式就可以计算出测量距离。测量距离的计算公式为：距离=（高电平时间*340M/S）/2。

顯示单元程序流程图如图3b所示。在本项目中，显示单元最多连接六个测量单元，利用NRF24L01的六个通道分别接收六个测量单元发送的测量信息，并在TFTLCD屏显示。

参考文献：

[1]谭浩强.C程序设计（第二版）.清华大学出版社，1999，12.

[2]武奇生.基于ARM的单片机应用及实践·STM32案例式教学.机械工业出版社，2014，6.